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compagnano però dei limiti. Lo stoccaggio di idrogeno non è semplicissimo: la forma più comune è quella di gas pressurizzato, oppure come liquido (l’energia necessaria per comprimerlo in questa forma lo rende due volte più costoso e poi il sistema di contenimento è ingombrante sicché fra le industrie automobilistiche solo la BMW sta prendendo in considerazione questa possibilità), o in me- tallo-idruri o altri composti altamente idrogenati come il metanolo (come discusso nel libro “Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy” di George Olah e altri, che però presenta numerosi problemi di compatibilità ambientale). Inoltre il contenuto di energia per massa dell’idrogeno è notevole ma quello per volume non è elevatissimo: 0.53 kWh/litro per l’idrogeno gas a 200 atm di contro a 11.5 kWh/litro della benzina. L’elettrolisi è un processo ad alto consumo energetico. Le celle a idrogeno più ef cienti funzionano in ambiente protico (acido), ma le membrane a scambio protonico usate per realizzare il processo elet- trochimico al momento disponibili (Na on) sono ancora costose, anche se ci sono prototipi di membrane a bas- so costo o di celle che non utilizzano membrane.Il problema principe delle celle a combustibile idrogeno in ambiente acido è in ogni caso rappresentato dal costo e dalla disponibilità sostenibile dei catalizzatori. Le celle per funzionare hanno infatti bisogno di catalizzatori, cioè di sostanze che accelerano le reazioni elettrochimiche, così da produrre l’energia necessaria con potenza suf- ciente, ma il processo è comunque lento soprattutto al catodo dove avviene la reazione di riduzione dell’ossi- geno (in inglese: ‘oxygen reduction reaction’, ORR). Gli unici elettrodi che siano catalizzatori ORR ef cienti e non si dissolvano nelle condizioni date sono quelli a base di platino. Una cella tradizionale tipica contiene circa 80 gr di platino, con un costo al prezzo corrente di circa 2600 dollari, anche se esistono dispositivi sperimentali che ne contengono solo 30 gr ( no a soli 10 gr, con problemi però di stabilità, legati a una rapida degradazione delle prestazioni, lontana dalla durabilità richiesta per una cella di un’auto a idrogeno dal Dipartimento dell’Energia USA di 10 anni o 150000 miglia percorse). A parte il costo, ilproblema cruciale è quello della disponibilità sostenibi- le di questo elemento prezioso. Se i circa 90 milioni di autoveicoli prodotti annualmente sul pianeta fossero tutti all’idrogeno e ciascuno montasse una cella contenente 30 gr di platino servirebbero 2700 tonnellate all’anno di questo elemento, quantità superiore alla produzione mondiale attuale (circa 250 tonnellate). Un calcolo equi- valente sul totale degli autoveicoli in circolazione (poco meno di un miliardo di unità, a cui andrebbero aggiunte le celle per la produzione di energia elettrica a usi dome- stici o altro) porta ad eccedere la disponibilità globale di platino sul pianeta, stimata intorno 16/17 mila tonnellate. La conclusione è quindi che la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno è una tecnologia pulita e rinno- vabile ma può essere praticata a livello globale nel settore automobilistico solo se si riduce la quantità di platino in una cella tipica a non più di 1-2 grammi.In questo contesto si situa la ricerca condotta da chi scri- ve assieme a gruppi californiani e cinesi, pubblicata negli articoli: A. Fortunelli et al., Chemical Science, 6, 3915- 3925 (2015), e M. Li et al., Science, 354(6318), 1414- 1419 (2016). La ricerca è partita dall’osservazione/para- dosso che particelle miste platino-nichel sono catalizza- tori ORR più ef cienti di particelle di platino puro, ma che la caratterizzazione microscopica mostra come il nichel in buona parte si dissolva in condizioni operative ORR indi- pendentemente dalla composizione iniziale delle particel- le, no a che non rimane sostanzialmente traccia di nichel nei primi 3 strati atomici super ciali delle particelle, quelli importanti a ni catalitici. Le nostre modellizzazioni com- putazionali hanno risolto questo paradosso chiarendo il ruolo puramente sacri cale ma decisivo del nichel: nelle condizioni di ambiente acido e ai potenziali elettrochimici di operazione delle celle, il nichel viene ossidato e pas- sa in soluzione, ma in questo processo di dissoluzione modi ca la struttura super ciale delle particelle e in par- ticolare lascia gli atomi di platino residui in coordinazioni altamente attive dal punto di vista catalitico. In altre paro- le, il nichel diffondendo in soluzione crea nuovi tipi di siti catalitici che riducono le barriere di energia che devonoFigura 1. Fili nanometrici misti platino/nichelTecnologie & iniziaTive1/2017 13